應力(li)腐(fu)蝕破裂(stress corrosion cracking,SCC)是靜拉應力與腐蝕共同作用下導致的一種損壞,表現為斷裂,斷口呈脆性斷裂的形態。腐蝕對斷裂的影響可以是通過對裂紋前端的陽極溶解,也可以是通過氫原子的作用使裂紋前端變脆。
不銹鋼(gang)在拉應力狀態下,在某些介質中經過一段不長時間,就會發生破裂,隨著拉應力的加大,發生破裂的時間縮短。當取消拉應力時,鋼的腐蝕量很小,并且不發生破裂。應力的來源通常是由于金屬經過不正確的熱處理或焊接和冷加工過程產生的殘余應力,也可能是外加負荷,或者二者同時存在。
應力腐蝕破壞的(de)特(te)征是裂(lie)縫和(he)拉應力方向垂(chui)直,斷口呈脆(cui)性(xing)破壞,顯微分(fen)析可在斷口附近發現(xian)許多裂(lie)紋,它(ta)們多沿晶界(jie)分(fen)布,也有穿(chuan)晶分(fen)布,或晶界(jie)與穿(chuan)晶混合分(fen)布。
應(ying)力腐(fu)蝕破裂時,腐(fu)蝕介質是(shi)特定的,只有某些金(jin)屬(shu)一介質的組合才產生應(ying)力腐(fu)蝕破裂,如奧氏體不銹鋼(gang)的氯脆、高強度鋼(gang)的氫脆等(deng)。
一(yi)般(ban)認為(wei),產生奧(ao)氏體(ti)不銹鋼應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕是應(ying)力(li)(li)和電(dian)化學腐(fu)(fu)蝕共同(tong)作用(yong)的(de)(de)(de)結果(guo)。奧(ao)氏體(ti)不銹鋼在(zai)介(jie)質中形(xing)成(cheng)(cheng)鈍(dun)化膜(mo),在(zai)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)作用(yong)下出現滑移臺階導(dao)致(zhi)表(biao)面膜(mo)破裂(lie),膜(mo)的(de)(de)(de)局部破壞造成(cheng)(cheng)裸(luo)露金屬(shu)成(cheng)(cheng)為(wei)小(xiao)陽極(ji),小(xiao)陽極(ji)的(de)(de)(de)溶解逐(zhu)步形(xing)成(cheng)(cheng)裂(lie)紋,在(zai)應(ying)力(li)(li)與環境(jing)的(de)(de)(de)共同(tong)作用(yong)下,破裂(lie)過程(cheng)加(jia)速發(fa)展。應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)另一(yi)種機制(zhi)是氫(qing)(qing)(qing)脆機制(zhi),認為(wei)蝕坑或裂(lie)紋內形(xing)成(cheng)(cheng)閉塞電(dian)池,使(shi)裂(lie)紋尖端或蝕坑底的(de)(de)(de)介(jie)質具(ju)有(you)低的(de)(de)(de)pH,滿足了陰極(ji)析氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)條件,氫(qing)(qing)(qing)原子吸附于金屬(shu)表(biao)面引(yin)起(qi)氫(qing)(qing)(qing)脆,而(er)導(dao)致(zhi)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕。
在介(jie)質(zhi)的影響下,裂(lie)紋(wen)(wen)可以在低于Kic時擴(kuo)展而(er)導致斷(duan)裂(lie),如圖9.5所(suo)示。人(ren)們定義裂(lie)紋(wen)(wen)“長”時間或給定時間不擴(kuo)展的應力場強度因子K1值為KIscc,Kiscc也是一(yi)種韌性(xing)參量(liang),它與Kic的差異便是介(jie)質(zhi)的影響。Kiscc/Kic則是衡量(liang)材料(liao)應力腐蝕(shi)敏感性(xing)的指標。

當(dang)應(ying)力(li)腐蝕裂(lie)紋(wen)(wen)前端(duan)的(de)K1>K1scc時,裂(lie)紋(wen)(wen)會(hui)隨時間(jian)而長(chang)大(da),裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展速率(lv)以da/dt斷裂(lie)時間(jian)表(biao)示。應(ying)力(li)腐蝕的(de)發展通常(chang)分為三個(ge)階(jie)段(duan):第(di)一階(jie)段(duan)包括(kuo)孕育(yu)期、表(biao)面膜的(de)蝕穿、裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)形核;第(di)二階(jie)段(duan)為裂(lie)紋(wen)(wen)相對(dui)穩(wen)定擴(kuo)展階(jie)段(duan);第(di)三階(jie)段(duan)為裂(lie)紋(wen)(wen)快速擴(kuo)展和斷裂(lie)階(jie)段(duan)。實踐中,第(di)一階(jie)段(duan)往往最長(chang),成為整(zheng)個(ge)過(guo)程的(de)控制階(jie)段(duan)。
18Cr-8Ni奧氏(shi)體不銹鋼對氯脆的敏感性很大。鎳含量高于8%時,鎳含量越高,抗氯脆能力越大。鎳含量低于8%時,鎳含量越低,抗氯脆能力越大。這是由于生成的復相鋼和鐵素體不銹鋼的氯脆趨勢較小。用錳氮代替鎳的鉻錳氮奧氏體不銹鋼有較好的抗氯脆性能。在18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼中加入1%~2%Mo將增加氯脆趨勢。鈦和鈮都增加鉻鎳奧氏體不銹鋼對氯脆的敏感性。
無論在奧氏體鋼(gang)或復相(xiang)鋼(gang)中加入1.5%以上的(de)硅(gui)(gui)均(jun)能(neng)(neng)顯著(zhu)改(gai)善(shan)鋼(gang)的(de)抗應力腐蝕斷裂性能(neng)(neng)。硅(gui)(gui)能(neng)(neng)顯著(zhu)縮(suo)小(xiao)y區,因此含(han)硅(gui)(gui)較高的(de)鋼(gang)會含(han)有8相(xiang),形成復相(xiang)鋼(gang)。
有(you)關奧氏體不銹鋼(gang)氯脆各種影響因素的深入分析及其機理(li)的研究可參閱有(you)關文獻。
測量Kiscc比較簡單,最常用的(de)(de)(de)是懸(xuan)臂(bei)梁彎(wan)曲試(shi)驗(yan),試(shi)樣(yang)采用和(he)測Kic的(de)(de)(de)標準三點(dian)彎(wan)曲試(shi)樣(yang)相同,但要長(chang)一些(xie)。樣(yang)品一端(duan)固定于立柱上(shang),另(ling)一端(duan)與一個力臂(bei)相連(lian),力臂(bei)的(de)(de)(de)另(ling)一端(duan)加(jia)上(shang)載荷。在樣(yang)品的(de)(de)(de)預裂紋周圍配置所研究的(de)(de)(de)環(huan)境,還可以同時測出da/dt-K1曲線(xian)。我國于1995年(nian)開始,制定了國家推薦標準GB/T 15970-1995《金屬和(he)合金的(de)(de)(de)腐(fu)蝕 應力腐(fu)蝕試(shi)驗(yan)》,直(zhi)至2007年(nian)先后發布了第(di)1~第(di)9共9個部分。

